钛合金表面复合强化后的热疲劳性能

氩气下分别采用YG-8硬质合金和硅青铜电极在Ti17表面形成瞬态电能表面强化层，然后用离子束增强沉积铜合金，形成复合强化层。空气介质中在光辐射热疲劳试验机上进行热疲劳试验，在不同热循环周次下测量试样的电阻，并用SEM观察了热循环前后的组织。结果表明，复合强化后的强化层中存在气孔和微裂纹，强化层和基体界面处的缺陷相对集中。25℃～500℃热疲劳后，强化层中裂纹的数量和尺寸增加，存在氧化痕迹，但没有剥落现象。强化试样热疲劳后电阻表征的损伤量比未强化试样略大，可近似认为复合强化对Ti17的热疲劳性能影响很小。     

SiC沉积的机理研究

在石墨基底上采用低压化学气相沉积法沉积SiC,沉积室是热壁.H2载气通过鼓泡法将三氯甲基硅烷(methyltrichlorosilane,MTS)送入沉积室,沉积基底的面积和沉积室的体积比为1×10-2mm-1.沉积参数为:压力5kPa,温度1 100℃,H2的流量为150mL/min,气相成分中H2和MTS的流量比为10.结果表明:较大的液态聚基体表面能低,小液滴在大液滴表面沉积.H2流量小时,小液滴沿大液滴的生长锥顶部环状沉积,各生长锥问有间隙.H2流量增加时,小液滴无序的分散在大液滴的表面上.据此提出了一种可能的SiC的沉积和生长机理.     

碳纤维增强碳氮化硅复合材料的基体在真空中的热稳定性

以六甲基二硅氮烷为先驱体,采用电热裂解化学气相沉积技术制备了以热解碳为界面的连续碳纤维增强SiCN陶瓷基复合材料(C/SiCN,并在不同温度和时间下进行了真空热处理.用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜、X衍射仪和光电分析天平分别进行微观观察、相变分析和质量测量.结果表明:热处理温度对基体晶化程度的影响要比增加热处理时间的影响更明显;非晶SiCN基体经1 100℃热处理30 h后已有微量β-SiC晶粒产生:在1100℃,30h;1300℃,30h; 1 500℃,30h和1 700℃,2h熟处理后,部分SiCN转变为SiC,没有发现Si3N4;1700℃热处理2h后,晶粒间的非晶SiCN内出现层状石墨;1900℃热处理0.5h后,SiCN基体几乎全部晶化,并明显出现sj3N4晶体;在1100℃到1300℃真空热处理30h后,质量损失主要是H-的损失;在1500℃到1900℃处理后,除了H-损失之外,还有部分N-损失.     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的氧化性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的氧化性能进行了研究。材料含有的气孔和破坏氧化膜连续性的杂质元素,为氧气扩散提供通道;氧化过程中形成的气孔,导致了新的自由表面的暴露和空气扩散通道,进而加剧氧化。在材料的高温氧化过程中,SiC的氧化生成SiO2膜导致试样质量增加,玻璃碳界面层的氧化生成CO的逸出导致试样质量损失。最后的质量变化是这两种综合作用的结果。在高温氧化过程中,材料的空隙增多,应力集中加强,界面层被破坏使SiCp/SiC复合材料的强度下降。     

2D-C/SiC缺口试样的拉-拉疲劳损伤

研究了二维正交编织C/SiC双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2D-C/SiC复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.     

具有莫来石界面的C/Si-C-N复合材料热物理性能

以PIP方法制备界面层、CVI工艺制备基体,制备以Si-C-N陶瓷为基体、以莫来石为界面的碳纤维增强陶瓷基复合材料(C/mullite/Si-C-N).采用热膨胀仪和激光导热仪分别测试C/mullite/Si-C-N的热膨胀性能和热扩散性能,采用SEM和XRD分析材料的组织和形貌,采用DSC/TG同步分析仪分析基体材料的结构变化.结果表明:在25～1200℃范围内,C/mullite/Si-C-N复合材料的平均热膨胀率为1.58×10-6℃-1,线膨胀率为0.18％.复合材料的热扩散率与温度呈指数下降关系,这种指数关系是由基体的非晶结构造成的.热处理后的C/mullite/Si-C-N相对于未热处理的试样室温下的热扩散率显著下降,300℃以上的高温区段则略有升高,其在1000℃以下结构稳定,能满足工程应用需求.     

真空多弧离子镀制备Ti(CN)涂层及其性能研究

采用真空多弧离子镀技术在X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢表面沉积Ti(CN)涂层,研究了涂层的组织和性能,并对涂层的抗热震和抗氧化性进行了研究。结果表明,采用适当的沉积温度、压力及N2流量,可以在X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢表面得到以Ti(CN)为主的致密涂层,在沉积温度400℃时,该涂层的最高硬度可达2438.7HV0.025,涂层在650℃以下具有良好的抗氧化性能,在700℃以下具有良好的抗热震性能。     

整体毡碳/碳复合材料的高温剪切性能研究

运用双槽口剪切试验方法测试了碳纤维增强碳基复合材料(C/C)在室温、700℃、1000℃、1400℃下的剪切强度,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了材料的原始组织形貌和断口微观形貌。结果表明:材料的剪切强度在一定范围内随温度的升高而增加,材料Z向的剪切强度优于XY向。通过SEM观察分析可知,材料XY向和Z向纤维的含量明显不同;室温下,C/C复合材料的破坏形式有纤维拔出及断裂,而高温下,失效形式主要为纤维的拔出、纤维/基体界面脱粘等。     

直流脉冲电流对4043铝合金拉伸硬化的影响

低成本消除加工硬化,愈合损伤对轧制材料具有重要意义。本文将4043铝合金在介于其名义屈服强度和强度极限之间的某一应力下进行拉伸,造成拉伸硬化和损伤后,用直流脉冲电流处理。结果表明:随着脉冲处理时间的增加,试件延伸率增加,名义屈服强度和强度极限减小;0.5 s脉冲处理试样的力学性能十分接近未损伤试样的性能;光学显微照片显示同一位置上的损伤得到部分愈合。试样拉伸造成一定损伤后,其电阻值有明显增加;脉冲电流处理后电阻减小,但没有恢复到拉伸前的电阻值。经过不同时间的脉冲处理后,其电阻值十分接近,但是力学性能差异较大,表明电阻值对材料的力学性能不十分敏感,不能完全依赖电阻值判定材料的力学性能。     

温度和环境对2维C/(SiC-BxC) n断裂韧性的影响

采用单边切口梁法研究了二维碳纤维增强碳化硼–碳化硅复合材料(2D C/(SiC–BxC)n)在空气和真空两种环境下断裂韧性与温度的关系,用扫描电镜观察断口微观形貌。结果表明:真空中2D C/(SiC–BxC)n复合材料的断裂韧性随温度升高而降低,室温下界面结合弱,残余热应力大,易发生纤维桥接裂纹,断裂韧性高;高温下相反。在空气中随温度升高断裂韧性增加,700℃达到最大值,尔后随温度升高而降低,这与生成的B2O3和SiO2.B2O3固溶体会封填裂纹以及碳相的氧化有关。